基于堆叠DBC寄生耦合的纳秒高压脉冲测量方法

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Nanosecond High-Voltage Pulse Measurement Method Based on Parasitic Coupling of Stacked DBC

　　**摘要：**本文提出了一种基于叠层直接键合铜（DBC）基板固有寄生耦合的集成化高压测量方法，适用于紧凑型固态脉冲发生器（SSPG）。叠层DBC结构中固有的高压节点/层间/地（HIG）寄生路径被重新利用为嵌入式预衰减前端。通过将该前端与可调次级衰减网络及差分调理电路协同配合，实现了一种高度紧凑的测量组件。建立了集总等效导纳模型，用于表征脉冲前沿期间的瞬态电容耦合以及脉冲平台期的准稳态电压分压特性。研制并全面验证了一种实验室原型，尺寸为60×30×10 mm。实验结果表明，在10 kV/200 ns和20 kV/100 ns脉冲条件下，所提方法相对于商用参考探头的峰值误差分别为3.348%和5.865%，波形相关系数分别为0.9749和0.9596。此外，该模块在25 kV直流和35 kV脉冲应力下保持零局部放电活动，证实了结构拓扑复用以及在多模块级联系统中实现协同状态感知的能力。**I. 引言**脉冲功率技术是先进电磁防护设备[1]以及纳秒脉冲肿瘤消融等重大医疗设备[2]的核心驱动技术，其系统正显著向小型化平台和高功率密度集成方向演进。在此背景下，高压脉冲模块[2]、脉冲医疗设备[3]、等离子体发生器[4]及其他便携式脉冲功率系统的开发加速推进[5]，推动高压脉冲源持续向小型化、集成化和模块化方向发展[6]。固态脉冲发生器（SSPG）是一类利用固态开关器件实现脉冲调制成波形和高压输出的脉冲电源。为满足核心性能需求，这些系统必须提供高幅度、快速上升沿和高重复频率。此外，紧凑型SSPG的便携化部署对系统体积、集成密度和模块化程度提出了极为严苛的要求。因此，小型化高压脉冲系统的电压测量技术已成为系统设计和工程应用中的关键需求[7]。